3D图谱揭示5亿年来脊椎动物大脑演化谜题
来源：科技日报
科技日报记者 赵汉斌
记者21日从中国科学院昆明动物研究所获悉，该所宿兵团队联合华大生命科学研究院、辽宁师范大学团队，构建了首个雷氏七鳃鳗全脑三维空间单细胞分子图谱，系统揭示了脊椎动物脑的祖先特征及其后续多样化演化模式，为理解脊椎动物复杂脑起源提供了重要演化框架。最新一期国际期刊《科学》以封面文章刊发了这一成果。
大脑是脊椎动物标志性复杂器官，但远古脊椎祖先的脑结构长期缺少直接研究材料。七鳃鳗是现存无颌脊椎动物“活化石”，约4.5亿年前与人类所属有颌类祖先分化，身体关键特征3.6亿年未发生大幅改变，是追溯原始脑演化的绝佳模型生物。研究团队结合空间转录组与单细胞核测序技术，解析46万余个脑细胞，划分14个核心脑区，精准识别209类空间位置、基因表达完全区分的细胞群，搭建全球首个无颌类全脑三维分子图谱。
研究人员把七鳃鳗与小鼠的脑图谱作比较，结果发现即使相隔数亿年的两种动物，多个脑区的功能、基因表达都高度相似，证明脊椎动物共同祖先早已拥有分区清晰、分子调控复杂的完整大脑框架，大脑基础布局在5亿年前便已定型；另一方面，各演化分支独立发展特有脑细胞，表明脊椎动物共同祖先可能已经具备高度区域化且分子组成复杂的脑结构。
研究团队还在七鳃鳗体内发现AEN“兼职神经元”，可能兼具兴奋和抑制功能，在早期脊椎动物中占据较高比例。此外，他们还在七鳃鳗后脑找到与鱼类小脑神经元分子同源的细胞集群，证实无颌类已存在弥散分布、无分层的小脑雏形，为后续有颌类动物层状、精细化小脑结构的演化奠定了基础。
此项研究不仅重建了脊椎动物复杂脑的祖先蓝图，也为理解脑起源与多样化演化提供了新的细胞学和分子演化框架。目前，这套三维图谱相关数据已面向全球科研人员开放，为前沿脑演化、神经发育研究提供重要参考。
（受访者供图）
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